成果報告書詳細
管理番号20130000000187
タイトル平成21年度成果報告書 SBIR技術革新事業 3次元指紋画像ファイバースコープに関する研究開発
公開日2013/6/25
報告書年度2009 - 2009
委託先名株式会社セキュアデザイン研究所
プロジェクト番号P08015
部署名技術開発推進部
和文要約件名:平成21年度成果報告書 SBIR技術革新事業 「3次元指紋画像ファイバースコープに関する研究開発」

本研究開発では、従来普及が進んでいる接触式の指紋読取装置の代替として、ファイバースコープを用いた方式による非接触式指紋読取装置の製品開発が可能であるかについてフィージビリティ・スタディを実施した。市販のファイバースコープは、収差が大きくまた、焦点深度が浅く使用することが困難であることが判明したため、ファイバースコープを用いた方式の構成要素について根幹となる技術、即ち、光学系(レンズ)、カメラ、照明系、画像処理に重点を置き試作装置を製作し、このパフォーマンスを実験により検証し基礎データを取得し検討した結果その実現性を確認することが出来た。 照明系には複数の青色LEDを使用し、そのレイアウトおよび駆動回路の最適化を検討した。レンズには、1/3インチのレンズを用い、33万画素および60fpsのモノクロCCDカメラを複数(3台)用いる方式とした。画像処理は、4ch、10bit信号変換、イメージグラバー装置とPC(Xeon5500、2.33GHz、Memory 2GB,WindowsXP)を使用した。画像処理のアルゴリズムには、非接触で指紋形状を立体的に読み取るために輻輳方式の2眼ステレオグラフィ方式を用いた。また、2次元のローリング指紋への展開アルゴリズムには、指紋の隆線情報を用いたマッチング方式と指の3次元曲面を面素に分解し二次元面上で再合成する方式を開発した。 3台のカメラで採取されたデジタル画像のゆがみ、および画像品質(解像度=508dpi以上、情報量=1画素あたり256階調、幾何歪み=長さ1%以下、角度1%以下、SN比=アナログ換算にて50dB以上)を確認するため、米国FBIの自動指紋識別装置(IAFIS)の画像品質検証用テストパターン(FBI_CFT_IAFIS)を入手し画像採取試験を実施した結果、要求品質が達成されていることを確認した。また、試作装置で採取した複数の指紋画像より生成したローリング指紋画像は、光学接触方式指紋採取装置(CrossMatch製)により採取した画像と比較した結果、目標の達成が可能であることが判明した。 今回試作した非接触指紋読取装置のCCDカメラの画素数では、隣接した2台のFCU(カメラ)により採取された画像の対応点の視差から計算される奥行情報の分解能は、0.3-0.4mm程度と算出される。隆線の立体構造や、汗腺孔の構造を用いた指紋照合には、分解能を0.1mm以下に改善する必要がある。このため300万画素以上のCCDカメラを用いる必要がある。現在の画像処理方式が隆線の情報に依拠しているのに対し、汗腺孔や特徴点(コア、三角州等)の考慮も可能になることが期待される。 画像処理の計算時間を更に短縮するためには、指の曲面を多数のカメラ(10台程度)により撮影する方法が考えられる。このためには、今回の試験結果から収差の少なく、焦点深度が深い(15mm以上)ファイバースコープ用レンズの開発が必要となる。本フィージビリティ・スタディでは出来なかったが、基本技術の確認は出来たので今後開発する予定である。 本研究の結果を応用して開発した製品は、次世代の指紋読取装置として、現在接触式指紋読取装置の導入が活発に行われている犯罪捜査、司法関係、入国管理、国境警備、国民IDカードの市場への代替として、および従来導入が困難と考えられている医療、介護分野への応用が期待され、バイオメトリクス市場の更なる拡大と普及を促進する製品となると考えられる。
英文要約Title:SBIR/ Feasible Study of 3Dimensional Fingerprint image Capture Fiber Scope System (FY2009) Final Report

We investigated the feasibility of development for the touchless fingerprint scanner using the fiber scope camera. As it became clear that the commercial fiber scope has the serious aberration and law focal depth allowance, we tried to check the performance of the test system which was made by key elements (optical system lens, camera, illumination system, and image processing device) of the fiber scope system. Finally, we verified the feasibility of the system. We selected multiple blue LEDs for the illumination, and tried to optimize the driving circuit and the layout settings. 1/3 inch lens and multiple CCD cameras (3 sets, 0.33M pixels, 60fps, and monochrome) were used to capture the image. As the image processing device, the specification of the image graver was 4CH, 10bit A/DC, and PC (Intel Xeon5500, 2.33GHz, and 2GB memories). We developed a fingerprint image processing algorithm using 2-camera stereographic technology for acquiring the 3 dimensional values of the fingerprint character on the touchless finger. To confirm the distortion, warp and image quality (resolution>508dpi, gradation=256/pixel, geometrical distortion: length<1%, angle<1%, SN ratio>50dB metrically), we used the FBI’s test pattern chart (FBI_CFT_IAFIS) for IAFIS, reached the result which satisfied the requirement. The rolling fingerprint image reconstructed by the image acquired from the touchless test device was compatible with the image captured by the optical fingerprint scanner (CROSSMATCH’s scanner). As the distance resolution derived from the captured image by the 2 CCD cameras was 0.3mm approximately, it is difficult to reconstruct the structure of rige and valleys and pore contexts. These results suggested that 300M pixel CCD camera or more high resolution camera is required to proceed the precise reconstruction of fingerprint fine structure to improve the accuracy of fingerprint verification and/or identification for the potential users. The further reduction of the image capturing and processing time is expected by constructing the multi-fiber scope camera system. As the base technologies for detecting the fingerprint fine structure was verified by this feasibility study, we will start to develop the touchless fingerprint identification system for the market of law enforcement, national ID project and medical application that is thought to be uneasy to prevail.
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